一種含鎳銅的高強緊固件用鋼及其熱處理方法技術

本發明專利技術公開了一種含鎳銅的高強緊固件用鋼及其熱處理方法，包括如下質量百分比的組分：C：0.38～0.45％；Si：0.17～0.30％；Mn：0.60～0.80％；P≤0.010％；S≤0.010％；Cr：0.90～1.20％；Mo：0.15～0.22％；Ni：0.05～0.15％；Cu：0.10～0.20％；余量為Fe和不可避免的雜質。本發明專利技術經過油淬和高溫回火后得到的組織均為回火索氏體組織，性能如下：抗拉強度Rm＝1100～1135MPa，屈服強度Rel＝980～1015MPa，伸長率A＝14.5～17.2％，25℃，V型缺口沖擊功AKv＝70～90J，-20℃，V型缺口沖擊功AKv＝55～85J。本發明專利技術具有穩定的沖擊性能和較高的強度，可用來制作10.9級耐延遲斷裂高強度緊固件。

【技術實現步驟摘要】
一種含鎳銅的高強緊固件用鋼及其熱處理方法
本專利技術涉及鋼鐵行業中的微合金鋼，具體涉及對高強度、高韌性緊固件用鋼的鋼種設計。
技術介紹
緊固件是作緊固連接用，且應用極其廣泛的一類機械零件，廣泛應用于各種機械、設備、車輛、鐵路等上面，是很多核心設備中的關鍵性零部件之一。近年來，隨著我國軌道交通行業的高速蓬勃發展，對高性能緊固件的需求量越來越大。但受國內高強緊固件強韌性不匹配問題的影響，大量軌道交通移動裝備用高強緊固件仍需進口。傳統用于制造緊固件的國產42CrMo鋼，由于其化學成分配伍不合理，導致其力學性能不能滿足要求。現有技術為了改進材料力學性能的不足，采用改進材料的處理方法來提高其力學性能和表面性能。如中國專利號ZL200710013633.6，授權公告日為2008年12月24日，專利技術創造名稱為：一種提高42CrMo力學性能的熱處理方法，該申請案采用以下步驟：第一步，正火：840～860℃≥5h，出爐空冷至室溫；第二步，回火：600～620℃≥6h，出爐空冷至室溫；第三步，調質：840～860℃≥5h，油冷60～70分鐘后空冷，淬火油添加8％的復合劑，零件溫度空冷至200℃左右時回火，回火溫度460～480℃≥6h，出爐空冷至室溫。該申請案能在一定程度上提高42CrMo鋼的力學性能，但是由于42CrMo鋼本身化學成分的限制，其力學性能特別是塑性和韌性尚無法達到高強度緊固件的要求。中國專利號ZL201210468094.6，授權公告日為2015年2月18日，專利技術創造名稱為：一種高強度緊固件及其處理方法，該申請案在普通的42CrMo鋼的基礎上降低了硫(S)、磷(P)、硅(Si)、錳(Mn)的含量，并增加了Mo的含量，且該申請案除了對42CrMo鋼的成分進行了調整，還公開了一種新的鋼處理方法，包括以下步驟：(1)熱處理：將機械粗加工的緊固件半成品先正火處理，溫度為870-910℃，保溫時間為10-20小時，出爐空冷至室溫；然后回火處理，溫度為680-700℃，保溫時間為10-20小時；出爐空冷至室溫；再調質處理：在920-960℃條件下用淬火油進行淬火處理，油冷80-120分鐘空冷，冷至200℃左右時回火，回火溫度600-650℃，保溫時間6-15小時；出爐空冷至室溫；(2)發黑處理：將上述經過熱處理后的緊固件粗品經過除油、酸洗除銹后在pH值為1.5-3.5的條件下常溫發黑處理10-20分鐘，常溫發黑處理后經過清洗，然后立即作脫水封閉處理后即得成品。該申請案在對42CrMo鋼的成分進行了調整之后，再進行熱處理，強度和韌性都有了很大的提升，但是其熱處理過程要耗費35個小時以上，為工程化生產帶來了很大的局限性。
技術實現思路
1.專利技術要解決的技術問題本專利技術為了克服現有技術中緊固件用鋼力學性能不能滿足要求的不足，提供了一種含鎳銅的高強緊固件用鋼及其熱處理方法；本專利技術提供的高強緊固件用鋼具有穩定的沖擊性能和較高的強度，可用來制作10.9級耐延遲斷裂高強度緊固件。2.技術方案為達到上述目的，本專利技術提供的技術方案為：本專利技術的一種含鎳銅的高強緊固件用鋼，包括如下質量百分比的組分：C：0.38～0.45％；Si：0.17～0.30％；Mn：0.60～0.80％；P≤0.010％；S≤0.010％；Cr：0.90～1.20％；Mo：0.15～0.22％；Ni：0.05～0.15％；Cu：0.10～0.20％；余量為Fe和不可避免的雜質。更進一步地，Ni和Cu含量比例為1：1～3。更進一步地，所述的高強緊固件用鋼包括如下質量百分比的組分：C：0.42％；Si：0.21％；Mn：0.74％；P：0.008％；S：0.004％；Cr：0.95％；Mo：0.213％；Ni：0.100％；Cu：0.200％；余量為Fe和不可避免的雜質，Ni和Cu含量比例為1：2。本專利技術的一種含鎳銅的高強緊固件用鋼的熱處理方法，將所述的高強緊固件用鋼在920℃～930℃溫度下，用淬火油進行淬火處理；油冷至低于200℃時回火，回火溫度為550℃～580℃，保溫時間為2.5～3.5h，出爐空冷至室溫。更進一步地，將所述的高強緊固件用鋼在930℃溫度下，用淬火油進行淬火處理；油冷至室溫時回火，回火溫度為570℃，保溫時間為3h，出爐空冷至室溫。3.有益效果采用本專利技術提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：(1)本專利技術的一種含鎳銅的高強緊固件用鋼，對傳統鋼材中各個元素配比進行調整以及優化，控制硫(S)、磷(P)的含量，并適量增加微量合金元素鎳(Ni)和銅(Cu)的含量，調整鋼中鎳(Ni)和銅(Cu)的比例為1：1～3，來解決銅含量提高帶來的韌性下降的問題，從根本上解決了使用國產42CrMo鋼制造緊固件的強韌性不能和使用要求很好匹配的問題；(2)本專利技術的一種含鎳銅的高強緊固件用鋼的熱處理方法，對高強緊固件用鋼進行簡單的920℃～930℃油淬+550℃～580℃高溫回火熱處理工藝，即可獲得回火索氏體組織，并且有明顯的碳化物析出，使鋼具有較好的強度和韌性，整個熱處理過程只需7個小時左右，節約了大量的時間成本，便于在工業中推廣。附圖說明圖1～圖4為本專利技術中實例1～4獲得的含鎳銅的高強緊固件用鋼顯微組織觀察圖。具體實施方式為進一步了解本專利技術的內容，結合附圖和實施例對本專利技術作詳細描述。本專利技術的一種含鎳銅的高強緊固件用鋼，由以下質量百分比的化學成分組成：C：0.38～0.45％；Si：0.17～0.30％；Mn：0.60～0.80％；P≤0.010％；S≤0.010％；Cr：0.90～1.20％；Mo：0.15～0.22％；Ni：0.05～0.15％；Cu：0.10～0.20％，Ni和Cu含量比例為1：1～3；余量為Fe和不可避免的雜質。本專利技術鋼種成分特點是控制硫(S)、磷(P)的含量，并適量增加微量合金元素鎳(Ni)和銅(Cu)的含量。鎳在鋼中可以使鐵素體強化同時使珠光體增加和細化，如此可在不影響鋼的塑性的前提下使鋼的強度提高。以鎳為非碳化物形成元素，也能適當減少C的質量百分比含量。此外，鎳與鐵可以形成α和γ固溶體，同時可以增加γ相區的區域，還是使奧氏體形成和穩定的元素之一；鎳使鋼的等溫轉變曲線移向右下方，本實施例通過增加Ni的質量百分比含量，使得鋼孕育期的時間加長，降低相變的速度，從而來使臨界淬火速度降低，細化轉變組織，可使韌性和塑性有所改善。銅在鋼中主要通過固溶強化和析出強化的方式來使鋼的強度提高，銅還是使奧氏體相的區域擴大的元素。在鋼中添加質量百分比高于1.0％的Cu，利用細小的ε-Cu析出相產生沉淀強化，可以保證鋼的高強度。本專利技術適當增加鋼中銅含量，提高鋼的強度，同時調整鋼中鎳(Ni)和銅(Cu)的比例為1:1～3，來解決銅含量提高帶來的韌性下降的問題。降低硫含量可提高鋼的變形能力；降低磷含量會使鋼的變形抗力減小。因此，降低磷、硫含量不僅可以改善鋼的塑韌性和耐延遲斷裂性能，還可以改善鋼的加工性能。本專利技術的另一個目的在于提供一種含鎳銅的高強緊固件用鋼的熱處理方法，即將所述的高強緊固件用鋼在920℃～930℃溫度下，用淬火油進行淬火處理；油冷至低于200℃時回火，回火溫度為550℃～580℃，保溫時間為2.5～3.5h，出爐空冷至室溫。溫度在92本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含鎳銅的高強緊固件用鋼，其特征在于：包括如下質量百分比的組分：C：0.38～0.45％；Si：0.17～0.30％；Mn：0.60～0.80％；P≤0.010％；S≤0.010％；Cr：0.90～1.20％；Mo：0.15～0.22％；Ni：0.05～0.15％；Cu：0.10～0.20％；余量為Fe和不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種含鎳銅的高強緊固件用鋼的熱處理方法，其特征在于：含鎳銅的高強緊固件用鋼包括如下質量百分比的組分：C：0.38～0.45％；Si：0.17～0.30％；Mn：0.60～0.80％；P≤0.010％；S≤0.010％；Cr：0.90～1.20％；Mo：0.15～0.22％；Ni：0.05～0.15％；Cu：0.10～0.20％，Ni和Cu含量比例為1：1～3；余量為Fe和不可避免的雜質；具體的熱處理過程為：將所述的高強緊固件用鋼在920℃～930℃溫度下，用淬火油進行淬火處理；油冷至低于200℃時回火，回火溫度為550℃～580℃，保溫時間為2.5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范鼎東，孫維，沈乾坤，周慶子，陸強，劉威，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34